周娜(沧州市建筑设计研究院有限公司,河北沧州061001)
摘要:建筑结构设计中需要考虑的因素是多方面的,本文对建筑机构设计中重点考虑的一些问题一一进行分析。
关键词:建筑结构;设计;分析
建筑工程质量的优劣直接关系到人们的生命安全。建筑设计是一项繁重而又责任重大的工作,直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性。但在实际设计工作中,常常发生建筑结构设计的种种概念和方法上的差错,这些差错的产生,有的是由于设计人员没有对一般建筑尤其是多层建筑设计引起高度重视,盲目参照或套用其他的设计的结果;有的则是由于设计人员对设计规范和设计方法缺乏理解;还有的是由于设计者的力学概念模糊,不能建立正确的计算模式,对结构验算结果也缺乏判断正确与否的经验等。
1关于超长结构的设计
混凝土结构设计规范规定钢筋混凝土框架结构伸缩缝最大间距为55m,而8.1.3条则规定当采取后浇带分段施工,专门的预加应力措施或采取能减小混凝土温度变化或收缩的措施且有充分依据的,伸缩缝间距可适当增大。这两条使我们在实际设计过程中较难把握。工程实例中超过55m就设置伸缩缝,这显然是很难保证的,这取决于各地区的温差及混凝土不同的收缩应力。在结构设计中必须对梁板柱配筋进行概念上的调整。首先是长向板钢筋应双层设置,并适当加强中部区域的梁板配筋,中部区域作为一个中点必然受较大应力,而两侧梁柱,特别是边跨的柱配筋必须加强以抵抗温度应力带来的推力,而超长结构在角部容易产生的扭转效应也须我们在设计中对角部结构进行加强。当框架结构超过70m时,必须采取特殊的措施才能不设置伸缩缝,譬如说采用预加应力,掺入抗裂外加剂等等,而且作为超过70m的结构,必须对温度及收缩裂缝采取定量的分析,并相应施加预应力,这在许多工程实例中应用的效果也是众目共睹的。
2关于桩筏基础中筏板取值
桩筏基础设计中对于筏板厚度的取值,一般是先按建筑层数估算筏板厚度,常规是按层数×50mm来估算。譬如说一幢十八层的小高层住宅,则先按18×50mm=900mm设定筏板厚,然后再根据排桩情况,分别验算角桩冲切,边桩冲切及墙冲切,群桩冲切。一般情况均为角桩冲切来控制板厚,但在这里主要强调一个短肢剪力墙结构下的群桩冲切,短肢剪力墙结构由于墙体不封闭,故取值群桩冲切边界时有相当大的困难,而群桩冲切由于桩群重叠面积较大,应是一种不利状态。
3关于板面设置温度应力筋
《混凝土结构设计规范》规定在温度收缩应力较大的现浇板区域内,钢筋间距宜取为150~200mm,并应在板的末配筋表面布置温度收缩钢筋,板的上下表面沿纵横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%。对于规则较短的建筑物我们可以在各楼面边跨及屋面层设置相应的温度应力钢筋,而对于超长结构,则建议在超长结构的长向均应设置双层钢筋。其余部位则可因人而异,功能重要的区域设置,有条件的建设子项设置,而不必过于强调。
4关于梁上起柱是否设置附加钢筋的问题
某些工程梁上起柱及次梁上面都在梁中附加横向钢筋,有的甚至在弹性梁基础中柱下梁内亦附加钢筋,这完全没有必要。虽然这是偏于安全的一种做法,但如果计算不需要则就是浪费了。《混凝土结构设计规范》规定,位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载,应全部由附加横向钢筋承担,附加横向钢筋宜采用箍筋。
5关于梁筏基础板筋位置的设计
弹性梁筏基础,由于考虑水浮力下底板所受向上的反向力,设计人员会要求筏板面筋能置于地梁主筋以下,而地梁配筋有时较多甚至配置双排筋,再加上梁箍筋则施工中引起板筋的弯折相当困难,遇到人防工程则更难施工。从受力传递过程来说,板筋设置必须准确,但考虑施工困难及相应板保护层的损失,建议可以作适当放松。
6关于地下室墙迎水面保护层的设计
《混凝土结构设计规范》中规定,墙在二a类环境的混凝土保护层厚度为20mm,而《地下工程防水技术规范》规定防水混凝土结构迎水面钢筋保护层厚度不应小于50mm。在计算墙板裂缝时墙板的计算保护层至少可以按30mm来折算,以考虑钢筋网片的有利作用,这对于节省墙体配筋效果明显。
7关于强柱弱梁的设计理念
强柱弱梁的概念主要是针对小震不坏,中震可修,大震不倒的抗震设防目标而提出的。柱破坏了建筑物整个都会倾覆,而梁破坏则仅是某个区域失效,因此柱较之梁破坏的损害更大,当前我们的经济已高速发展,在设计中一定要将这一概念设计贯彻下去。必须严格控制柱轴压比,轴压比在任何情况下均不宜超过0.9%,且我们对柱断面及配筋设置时应分部位处理,建议边柱,角柱应适当加强,特别是角柱,建议应全柱加密箍筋,且配筋率不宜小于1%。
8关于剪力墙结构设计中的几个问题
短肢剪力墙结构设计中有几个问题值得我们重视,处理不当经常会成为薄弱点,这也是抗震审查中经常发现的问题。
8.1对普通长墙的界定,高规JGJ3-2010中规定一般剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比大于8的剪力墙,短肢剪力墙是指截面高度与厚度之比为大于4但不大于8的剪力墙。由此而引起的配筋亦相差甚远,在布置长墙时建议控制高厚比大于9,这样就与短肢剪力墙有所区分而不会混淆。
8.2关于小墙肢JGJ3-2010规定矩形截面独立墙肢的截面高度宜大于截面厚度的4倍,因为当墙肢高厚比较小时受力特性是脆性破坏,属抗震不利构件。在剪力墙结构设计中应尽量避免此类构件的出现,特别是高厚比小于3的小墙肢应不出现,不作为抗侧力构件,否则应按框架柱设计,尽量降低轴压比,加强配筋。
9关于桩基工程用桩量的计算问题
关于桩基工程中的用桩量问题,《建筑地基基础设计规范》按单桩承载力特征值和相应承台底面下荷载效应的标准组合进行用桩量的计算。问题在于如何用“标准组合”和“单桩承载力的特征值”。
10试桩阶段抗拔锚桩的裂缝控制问题
在不影响试桩构件承载力的前提下,可以不计较构件的裂缝宽度问题。如何考虑地下水浮力的作用和基础底板的各作用荷载问题以及各阶段作用在箱体上的荷载及分项系数应如何取用,现就此进行阐述。
10.1应明确结构抗力及稳定均属于“承载能力极限状态”的范畴,而基底面积与构件开裂及变形则属于“正常使用极限状态”的范畴。
10.2进行承载能力极限状态设计时,应考虑作用效应的“基本组合”;进行正常使用极限状态设计时,应根据不同目的分别选用“标准组合、频遇组合及准永久组合”。
10.3作用在基础板上的荷载有基础板自重、基础板面上的永久荷载和可变荷载、墙柱所传竖向荷载、包括上部荷载作用下的地基反力、水浮力等内容。当进行基础底板承载能力极限状态计算时,根据“基本组合”计算上述各荷载的作用效应。
10.4基础板下无桩基时的受荷关系。当基础板下没有桩基础时,根据结构的平衡状态,其上下所有荷载的作用应当平衡。
10.5基础板下有桩基时的受荷关系。当基础底板下设置桩基础时,由于上部竖向荷载被桩平衡,此时的基础底板所受荷载除板顶面永久荷载和可变荷载以及板自重外,应当就是可变的地基反力与水浮力之和。
10.6考虑桩基沉降的基础板受荷关系。由于桩基沉降,基础板下的天然地基必然承受一定量的上部所传竖向荷载,应该与基础板自重及与自重方向一致的基础板面永久荷载和可变荷载相加,并与水浮力相减,而不是与水浮力相加的关系。
11结论
在建筑结构设计中对各问题的理解,难免有片面性。在今后的设计过程中,应以规范为依据,不断总结,使设计得结果更经济合理。